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Die Erfindung betrifft eine Einrichtung zur Aufnahme von Körperschallschwingungen in einem zu vermessenden Bauteil, mit einem an der Oberfläche des Bauteils anbringbaren Aufnehmer, der ein Messelement aufweist, welches über Signalableitungen mit einer Auswerteschaltung verbunden ist.
Bei bekannten derartigen Einrichtungen, welche beispielsweise zur Überprüfung von Vibrationen ausgesetzten Maschinenelementen oder zur Überwachung von Vorgängen, die bei ihrem Auftreten Körperschallschwingungen im betreffenden Bauteil auslösen, dienen, wird der Aufnehmer an einer geeigneten Stelle der Oberfläche des zu vermessenden Bauteils unmittelbar auf diese Oberfläche aufgeklebt, um einen möglichst innigen und störungsfreien Kontakt und damit eine möglichst ungestörte Übertragung der Körperschallschwingungen auf das Messelement zu erreichen. Das Messelement selbst ist dabei beispielsweise von einem piezoelektrischen Körper gebildet, der die aufkommenen Körperschallschwingungen in elektrische Signale umsetzt.
Als entscheidender Nachteil derartiger Einrichtungen ist der Umstand anzusehen, dass die Anbringung an der zu vermessenden Oberfläche relativ zeitaufwendig ist und dass die zerstörungsfreie Wiederentfernung des Aufnehmers nach der Messung unmöglich bzw. zumindest sehr schwierig ist. Aus diesem Grunde sind die bekannten Einrichtungen der genannten Art nicht zur Durchführung von automatischen Messungen, wie sie etwa für routinemässige Qualitäts- bzw. Funktionskontrollen erforderlich sind, geeignet.
Aufgabe der Erfindung ist es, eine Einrichtung der eingangs genannten Art zu schaffen, die auf einfache Weise die Anwendung des Aufnehmers für Körperschallschwingungen zur routinemässigen Serienmessung erlaubt, wobei gleichzeitig eine hohe Empfindlichkeit für die aufzunehmenden Körperschallschwingungen gegeben sein soll.
Dies wird gemäss der Erfindung bei einer Einrichtung der eingangs genannten Art dadurch erreicht, dass der Aufnehmer in an sich bekannter Weise ein Gehäuse, in dem ein Aufnahmedorn axial verschieblich gelagert ist, der in direkten Kontakt mit der zu vermessenden Oberfläche bringbar ist und der an seinem dem Fühlerende abgewandten Ende einen Beschleunigungsaufnehmer als Messelement trägt, aufweist, dass das Gehäuse in eine Haltevorrichtung einsetzbar ist, über welche das im auf die zu vermessende Oberfläche aufgesetzten Zustand des Aufnehmers aus dem Gehäuse vorstehende Fühlerende des Aufnahmedorns an die Oberfläche andrückbar ist und dass der Aufnahmedorn in Richtung zum Fühlerende gegen einen am Gehäuse angebrachten Anschlag mittels eines Vorspannelements elastisch vorgespannt ist,
wobei das Vorspannelement mit dem Aufnahmedorn über ein vibrationsdämpfendes Element verbunden ist.
Eine Anordnung mit einem Gehäuse, in dem ein Aufnahmedorn axial verschieblich gelagert ist, der in direkten Kontakt mit der zu vermessenden Oberfläche bringbar ist und der an seinem dem Fühlerende abgewandten Ende einen Beschleunigungsaufnehmer als Messelement trägt, ist dabei beispielsweise aus der US-PS Nr. 3, 572, 097 im Zusammenhang mit der Bestimmung der Oberflächenhärte von Prüfstücken bekannt. Das Gehäuse des dazu verwendeten Messwertaufnehmers wird fest in einem ringförmigen Bereich rund um den Aufnahmedorn auf die zu vermessende Oberfläche aufgesetzt und über die Änderung des Resonanzverhaltens des zu Schwingungen angeregten Aufnahmedorns während des Eindringens des spitzen Fühlerendes in die zu vermessende Oberfläche werden Rückschlüsse auf die Oberflächenhärte des Materials möglich.
Körperschallschwingungen im Bauteil können mit dieser bekannten Anordnung allerdings nicht gemessen werden.
Die gemäss der Erfindung vorgesehene Haltevorrichtung für das Gehäuse erlaubt auf einfache Weise eine nur für die Dauer der Messung erfolgende Anpressung des die Körperschallschwingungen vom zu vermessenden Bauteil auf das Messelement übertragenden Aufnahmedorns, wobei über das Vorspannelement eine sichere Anpressung des Fühlerendes an die Oberfläche des zu vermessenden Bauteils erreicht wird, soferne die Grösse der über die Haltevorrichtung aufgebrachten Kraft nur grösser ist als die Vorspannkraft des Vorspannelements. Über das vibrationsdämpfende Element, welches in dem Kraftfluss zwischen Vorspannelement und Aufnahmedorn eingeschaltet ist, wird die Übertragung von die Messung verfälschenden Vibrationen der Haltevorrichtung oder damit verbundener Teile auf den Aufnahmedorn und in weiterer Folge auf das Messelement verhindert.
Die erfindungsgemässe Einrichtung ist also hervorragend geeignet zur Durchführung von Serienmessungen, da der verwendete Aufnehmer für die Körperschallschwingungen nur über die Halte-
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vorrichtung an die zu vermessende Stelle der Oberfläche des die Körperschallschwingungen aufweisenden Bauteils angedrückt werden muss und somit ohne weitere Massnahmen wiederverwendbar ist. Durch die Art der Aufbringung der für eine möglichst getreue Schwingungsübertragung erforderlichen Anpresskraft des Fühlerendes des Aufnahmedorns an die Oberfläche des zu vermessen- den Bauteils sind Einflüsse von Bauteiltoleranzen bzw. Toleranzen in der Anordnung und Betäti- gung der Haltevorrichtung sowie auch Einflüsse von Vibrationen der Haltevorrichtung selbst ausge- schlossen, was die Genauigkeit der Messung erhöht.
Es ist dabei auch möglich, die Länge des Aufnahmedorns zwischen Fühlerende und Messelement auf die hauptsächlich interessierenden Wellenlängen des aufzunehmenden Körperschalls abzustimmen, da auf Grund der dadurch auftretenden Resonanzverstärkung bzw. -unterdrückung die interessieren- den Wellenlängen gegenüber den störenden auf einfache Weise bevorzugt zum Messelement übertragen werden, was die Messgenauigkeit günstig beeinflusst.
Gemäss einer Ausgestaltung der Erfindung ist das Vorspannelement von einer konzentrisch zum Aufnahmedorn angeordneten, an der Seite des Messelements am Gehäuse und an der gegenüberliegenden Seite am vibrationsdämpfenden Element abgestützten Spiralfeder gebildet, wobei das vibrationsdämpfende Element einen ebenfalls konzentrisch zum Aufnahmedorn angeordneten Kunststoffkörper, vorzugsweise aus Teflon, aufweist. Die Ausbildung des Vorspannelements als konzentrisch um den Aufnahmedorn angeordnete Spiralfeder erlaubt auf sehr einfache Weise eine gleichmässige Aufbringung der Vorspannkraft in Richtung der Achse des Aufnahmedorns, was jeden negativen Einfluss auf die Übertragung der Körperschallschwingungen zum Messelement verhindert.
Das vibrationsdämpfende Element ist ebenfalls konzentrisch zum Aufnahmedorn angeordnet, wobei in der Materialwahl die sehr günstigen schwingungsdämpfenden Eigenschaften von Kunststoff ausgenützt werden.
Die Erfindung wird im folgenden an Hand des in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels näher erläutert.
Die teilweise im Schnitt dargestellte Einrichtung zur Aufnahme von Körperschallschwingungen weist einen in eine Haltevorrichtung --1-- einsetzbaren Aufnehmer --2-- auf, der mit einem Gewindeteil --3-- in ein entsprechendes Gegengewinde --4-- am vorderen Ende der Haltevorrichtung - eingeschraubt ist. Das Gehäuse --5-- des Aufnehmers --2-- besteht aus zwei Teilen --6, 7--, die über ein Gewinde --8-- verbunden sind.
Über Lagerbuchsen --9--, welche aus schwingungsisolierendem Werkstoff, wie beispielsweise Kunststoff, ausgebildet sind, ist ein Aufnahmedorn --10-- axial verschieblich konzentrisch im Gehäuse --5-- gelagert, der an seinem Fühlerende --11-- aus dem Gehäuse --5-- vorsteht und mittels der Haltevorrichtung --1-- in direkten Kontakt mit der zu vermessenden Oberfläche --12-- bringbar ist.
An dem der Oberfläche --12-- des zu vermessenden Bauteils abgewandten Ende --13-- des Aufnahmedorns --10-- ist ein als Beschleunigungsaufnehmer ausgebildetes Messelement --14-- ange- bracht, welches über eine Signalableitung --15-- mit einer hier nicht dargestellten Auswerteeinheit verbunden ist.
Der Aufnahmedorn --10-- ist mittels eines als Spiralfeder --16-- ausgebildeten Vorspannelements unter Zwischenschaltung eines vibrationsdämpfenden Elements --17-- in Richtung zum Fühlerende --11-- elastisch vorgespannt. Dabei ist die konzentrisch zum Aufnahmedorn --10-angeordnete Spiralfeder --16-- an der Seite des Messelements --14-- am Gehäuse und an der gegen- überliegenden Seite unter Zwischenschaltung einer Aufnahmehülse --18-- am vibrationsdämpfenden Element --17-- abgestützt. Das Element --17-- besteht im dargestellten Ausführungsbeispiel aus einem konzentrisch zum Aufnahmedorn --10-- angeordneten Kunststoffkörper,
der beispielsweise aus Teflon besteht und an der der Anlagefläche der Aufnahmehülse --18-- entgegengesetzten Seite auf einer Scheibe --19-- sitzt. Die Scheibe --19-- liegt gegen eine in einer Nut --20-- des Auf- nahmedorns-10-eingesetzte Scheibe--21--an, welche ihrerseits unter der Wirkung der Spiralfeder --16-- sowie auch des vibrationsdämpfenden Elements --17-- gegen die einen gehäuseseitigen Anschlag --22-- bildende Lagerbuchse gepresst wird.
In der dargestellten Position ist das Fühlerende --11-- des Aufnahmedorns --10-- gerade in leichten Kontakt mit der Oberfläche --12-- des zu vermessenden Bauteils gebracht worden ;
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die über die Feder --16-- erzeugte Vorspannkraft ist noch grösser als die über die Haltevorrichtung --1-- auf den Aufnehmer --2-- ausgeübte Anpresskraft.
Sobald diese Anpresskraft die Grösse der innerhalb des Aufnehmers --2-- auf den Aufnahmedorn --10-- ausgeübten Vorspannkraft übersteigt, wird die Scheibe --21-- vom Anschlag --22-- abheben, wodurch eine nur mehr von der Spiralfeder --16-- bzw. auch dem elastischen vibrationsdämpfenden Element --17-- abhängige Grösse der Anpresskraft zwischen dem Aufnahmedorn --10-- und der Oberfläche --12-- gegeben ist. Damit sind auf sehr einfache Weise reproduzierbare Bedingungen für die Anordnung des Aufnehmers --2-- an der zu vermessenden Oberfläche gegeben.
Über die Länge des Aufnahmedorns --10-- zwischen dem an der Oberfläche --12-- anliegen- den Fühlerende und dem Messelement --14-- können gezielt die hauptsächlich interessierenden Wellenlängen des aufzunehmenden Körperschalls gefiltert werden.
Zufolge der Zwischenschaltung des vibrationsdämpfenden Elements --17-- können von der Haltevorrichtung-l-herrührende Vibrationen in ihren Auswirkungen auf die Messung ziemlich weitgehend ausgeschaltet werden, was die Messgenauigkeit verbessert.
PATENTANSPRÜCHE :
1. Einrichtung zur Aufnahme von Körperschallschwingungen in einem zu vermessenden Bauteil, mit einem an der Oberfläche des Bauteils anbringbaren Aufnehmer, der ein Messelement aufweist, welches über Signalableitungen mit einer Auswerteschaltung verbunden ist, dadurch gekennzeichnet, dass der Aufnehmer (2) in an sich bekannter Weise ein Gehäuse (5), in dem ein Aufnahmedorn (10) axial verschieblich gelagert ist, der in direkten Kontakt mit der zu vermessenden Oberfläche (12) bringbar ist und der an seinem dem Fühlerende (11) abgewandten Ende (13) einen Beschleunigungsaufnehmer als Messelement (14) trägt, aufweist, dass das Gehäuse (5) in eine Haltevorrichtung (1) einsetzbar ist, über welche das im auf die zu vermessende Oberfläche (12) aufgesetzten Zustand des Aufnehmers (2) aus dem Gehäuse (5)
vorstehende Fühlerende (11) des Aufnahmedorns (10) an die Oberfläche (12) andrückbar ist, und dass der Aufnahmedorn (10) in Richtung zum Fühlerende (11) gegen einen am Gehäuse (5) angebrachten Anschlag (22) mittels eines Vorspannelements (16) elastisch vorgespannt ist, wobei das Vorspannelement (16) mit dem Aufnahmedorn (10) über ein vibrationsdämpfendes Element (17) verbunden ist.